CN110071324A - 一种多功能有机凝胶在锂离子电池中的应用 - Google Patents

一种多功能有机凝胶在锂离子电池中的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110071324A
CN110071324A CN201910276295.8A CN201910276295A CN110071324A CN 110071324 A CN110071324 A CN 110071324A CN 201910276295 A CN201910276295 A CN 201910276295A CN 110071324 A CN110071324 A CN 110071324A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lithium
organogel
monomer
salt
sodium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910276295.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110071324B (zh
Inventor
丁书江
高国新
高伊扬
石磊
李召阳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201910276295.8A priority Critical patent/CN110071324B/zh
Publication of CN110071324A publication Critical patent/CN110071324A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110071324B publication Critical patent/CN110071324B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F222/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a carboxyl radical and containing at least one other carboxyl radical in the molecule; Salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof
    • C08F222/10Esters
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F283/00Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G
    • C08F283/06Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G on to polyethers, polyoxymethylenes or polyacetals
    • C08F283/065Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G on to polyethers, polyoxymethylenes or polyacetals on to unsaturated polyethers, polyoxymethylenes or polyacetals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F222/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a carboxyl radical and containing at least one other carboxyl radical in the molecule; Salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof
    • C08F222/10Esters
    • C08F222/1006Esters of polyhydric alcohols or polyhydric phenols
    • C08F222/102Esters of polyhydric alcohols or polyhydric phenols of dialcohols, e.g. ethylene glycol di(meth)acrylate or 1,4-butanediol dimethacrylate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0085Immobilising or gelification of electrolyte
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多功能有机凝胶在锂离子电池中的应用,所述多功能有机凝胶的制备原料包括:溶剂、单体、交联剂、电解质盐以及引发剂,所述的溶剂和单体的体积比为1:5~5:1;所述的交联剂与单体的摩尔比为0.05%~10%;引发剂与单体的摩尔比为0.1%~10%,电解质盐在所有原料的混合溶液中的浓度为0.1mol/L~5mol/L。由于多功能有机凝胶导电性已经接近电解液的级别,本发明将多功能有机凝胶用于锂离子电池的制备,并且电池可以正常使用。

Description

一种多功能有机凝胶在锂离子电池中的应用
技术领域
本发明涉及离子导体领域,特别涉及一种多功能有机凝胶在锂离子电池中的应用。
背景技术
柔性电子设备在近年来受到全世界的广泛关注并得到了迅速发展,随着人类对柔性可穿戴设备和软机器需求的日益增长,一些独特功能的高性能离子导体渐渐受到人们的青睐。与电子导体不同,离子导体利用离子作为电荷载体来传输信号,实现了很多电子导体难以实现的功能,从而使得各种现代技术成为可能,例如燃料电池,碱性电池,电化学晶体管,传感器等。水凝胶是现阶段研究最广泛的离子导体,具有较好的透明性、柔韧性和导电性,原料易得,价格低廉等特点。但是水的挥发性强,难以耐受高低温,分解电压低,导致水凝胶的使用寿命短。而且水凝胶中的水易与空气中的氧气共同作用形成微电池腐蚀金属,导致其越来越无法满足实际应用需求。因此,制备兼具高透明性、拉伸性、导电性以及环境稳定性的柔性离子导体是目前研究的热点。在众多已有的研究中,美国哈佛大学Vlassak教授在聚丙烯酰胺交联网络中添加一定量CaCl2水溶液制成超耐低温的水凝胶,其凝固点达到-57℃,而且拉伸性和断裂强度无明显衰减。然而这种水凝胶的高温耐受性和其他诸多缺陷仍无法同时解决。
直接将单体聚合成柔性弹性体可改善离子导体的性能。由于没有使用溶剂,其力学强度和稳定性得到了显著的提升。另外,使用其他物质代替水作为溶剂,根据溶剂自身性质的不同,可以制备出具有相应特性的凝胶。
综上所述,对凝胶的组成成分的调整,可有效的改善凝胶的使用寿命以及应用范围。目前,已有研究人员制备出无溶剂型的离子导电弹性体,它具有超高的断裂伸长率和透明性。但其电导率较差,很难在电子器件中大规模使用。另一方面,大多数有机溶剂具有难挥发,沸点高,环境稳定性好等优点,在制备凝胶方面具有很大的潜力。但现有的报道中几乎没有使用有机溶剂来改善凝胶性能的研究。所以,现阶段仍然缺乏一种有效的、普适性的方法来制备兼具高透明性、拉伸性、导电性以及环境稳定性的柔性离子导体,同时缺乏具备优良导电性的柔性离子导体。
现有凝胶用于制备电池时,由于现有凝胶的导电性都较低,导致它们只能在较高的温度才能使电池正常工作,而较高的温度又会使得电池的其它组分受损,也导致电池使用寿命较短。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种多功能有机凝胶在锂离子电池中的应用,以克服上述现有技术存在的缺陷,由于多功能有机凝胶导电性已经接近电解液的级别,本发明将多功能有机凝胶用于锂离子电池的制备,并且电池可以正常使用。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种多功能有机凝胶在锂离子电池中的应用,制备所述多功能有机凝胶的原料包括:溶剂、单体、交联剂、电解质盐以及引发剂,所述的溶剂和单体的体积比为1:5~5:1;所述的交联剂与单体的摩尔比为0.05%~10%;引发剂与单体的摩尔比为0.1%~10%,电解质盐在所有原料的混合溶液中的浓度为0.1mol/L~5mol/L;
所述的溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、磷酸三乙酯和磷酸三丁酯一种或多种的混合;
所述的单体为N-丙烯酰吗啉、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、四氢呋喃丙烯酸酯、丙烯酸羟乙酯和丙烯酸异辛酯中的一种或多种的混合;
所述的交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯或己二醇二丙烯酸酯;
所述电解质盐为锂盐、钠盐、钾盐或铵盐。
进一步地,所述锂离子电池制备过程包括以下步骤:
步骤1:将溶剂和单体均匀混合后,再分别加入交联剂、引发剂及电解质盐,使其充分溶解;
步骤2:将步骤1配置好的溶液均匀滴加在锂片上,然后在紫外光下照射使其光固化或加热使其热固化,形成一面为有机凝胶的负极片;
步骤3:将正极片贴到负极片形成有机凝胶的一面,即构成锂离子电池。
进一步地,当采用紫外光照射进行光固化时,所采用紫外光波长为320-400nm,照射功率为30-400W,照射时间为1-120min;
当采用加热固化时,加热温度为50-100℃,加热时间为2-24h。
进一步地,所述正极片为涂覆有钴酸锂或磷酸铁锂的铝箔。
进一步地,所述的锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲磺酰-全氟丁基磺酰亚胺锂、三氟甲磺酰-全氟丙基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、草酸二氟硼酸锂、二氟磷酸锂、4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂、高氯酸锂或氯化锂;所述钠盐为双三氟甲磺酰亚胺钠、高氯酸钠、双氟磺酰亚胺钠、氯化钠、硝酸钠、氟硅酸钠或邻苯二甲酸钠。
进一步地,所述钾盐为双氟磺酰亚胺钾、氯化钾、硝酸钾或邻苯二甲酸氢钾;所述铵盐为四氟硼酸四乙基铵、氯化铵或硝酸铵。
进一步地,所述引发剂为光引发剂或热引发剂。
进一步地,所述的光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮、2,4-二羟基二苯甲酮、二芳基碘鎓盐、三芳基碘鎓盐、烷基碘鎓盐或异丙苯茂铁六氟磷酸盐。
进一步地,所述的热引发剂为偶氮二异丁腈、过硫酸铵、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁基脒盐酸盐、过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯、过氧化甲乙酮或过氧化环己酮。
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
首先,溶剂、单体以及导电盐具有很好的相容性,制得的有机凝胶不会分相,所以透明度很高;另外,这些单体所构成的三维网状结构均匀且强度较好,使得有机凝胶具有很好的拉伸性;导电盐在体系中的溶解性很高,而且离子在凝胶的三维网状结构中可以顺利迁移,使得该有机凝胶也具有良好的导电性;所用溶剂在空气中稳定,沸点高,熔点低,这也使得有机凝胶具有很好的稳定性,而且这些有机溶剂对金属没有腐蚀性,难以发生化学反应,使得其分解电压较高,制备的器件有很长的使用寿命。
由此,本发明采用的有机凝胶具有以下显著特点:(1)高透明性,对可见光透过率超过93%;(2)良好的拉伸性和回弹性,断裂伸长率达到1219%,拉伸模量低于48.1kPa,无明显应变滞后现象;(3)较好的离子导电性,室温电导率达到7.9×10-4S/cm;(4)工作电压窗口高,分解电压≥5.0V,支持其在凝胶电解质领域中正常工作;(5)具有很宽的温度耐受范围,在-100℃~100℃的温度区间其各项性能均无明显变化:(6)良好的化学稳定性,不腐蚀金属,可与铜、铝等金属复合制备复杂的器件;将有机凝胶用于制备锂离子电池,对所制备的锂离子电池进行测试,在0.5C的电流密度下,电池的比容量能达到140mAh/g,在循环30圈之后,依然有90mAh/g的容量。
附图说明
图1为实施例一多功能有机凝胶作为锂离子电池凝胶电解质时的第一、第二、第三十个循环中的充放电曲线。
图2为实施例一多功能有机凝胶作为锂离子电池凝胶电解质时的电流密度为0.5C的电压-容量曲线。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述:
一种多功能有机凝胶在锂离子电池中的应用,所述多功能有机凝胶的制备原料包括:溶剂、单体、交联剂、电解质盐以及引发剂,所述的溶剂和单体的体积比为1:5~5:1;所述的交联剂与单体的摩尔比为0.05%~10%;引发剂与单体的摩尔比为0.1%~10%,电解质盐在所有原料的混合溶液中的浓度为0.1mol/L~5mol/L。
所述锂离子电池制备过程包括以下步骤:
步骤1:将溶剂和单体均匀混合后,再分别加入交联剂、引发剂及电解质盐,使其充分溶解;
步骤2:将步骤1配置好的溶液均匀滴加在锂片上,然后在紫外光下照射使其光固化或加热使其热固化,形成一面为有机凝胶的负极片;当采用紫外光照射进行光固化时,所采用紫外光波长为320-400nm,照射功率为30-400W,照射时间为1-120min;当采用加热固化时,加热温度为50-100℃,加热时间为2-24h;
步骤3:将正极片贴到负极片形成有机凝胶的一面,即构成锂离子电池,所述正极片为涂覆有钴酸锂或磷酸铁锂的铝箔。
其中,溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、磷酸三乙酯和磷酸三丁酯一种或多种的混合;所述的单体为N-丙烯酰吗啉、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、四氢呋喃丙烯酸酯、丙烯酸羟乙酯和丙烯酸异辛酯中的一种或多种的混合;所述的交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯或己二醇二丙烯酸酯;所述电解质盐为锂盐、钠盐、钾盐或铵盐,所述的锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲磺酰-全氟丁基磺酰亚胺锂、三氟甲磺酰-全氟丙基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、草酸二氟硼酸锂、二氟磷酸锂、4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂、高氯酸锂或氯化锂;所述钠盐为双三氟甲磺酰亚胺钠、高氯酸钠、双氟磺酰亚胺钠、氯化钠、硝酸钠、氟硅酸钠或邻苯二甲酸钠;所述钾盐为双氟磺酰亚胺钾、氯化钾、硝酸钾或邻苯二甲酸氢钾;所述铵盐为四氟硼酸四乙基铵、氯化铵或硝酸铵;所述引发剂为光引发剂或热引发剂,所述的光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮、2,4-二羟基二苯甲酮、二芳基碘鎓盐、三芳基碘鎓盐、烷基碘鎓盐或异丙苯茂铁六氟磷酸盐;所述的热引发剂为偶氮二异丁腈、过硫酸铵、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁基脒盐酸盐、过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯、过氧化甲乙酮或过氧化环己酮。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述:
实施例1
本实施例的多功能凝胶的原料包括:15ml的碳酸丙烯酯,5ml的N-丙烯酰吗啉,0.081g的1-羟环己基苯酮,0.024g的聚乙二醇二丙烯酸酯和2.87g双三氟甲基磺酰亚胺锂。
本实施例包括以下步骤:
第一步:量取15ml的碳酸丙烯酯和5ml的N-丙烯酰吗啉加入50ml烧杯中,再称取0.081g的1-羟环己基苯酮和0.024g的聚乙二醇二丙烯酸酯,最后称取2.87g双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)加入烧杯,将烧杯中的溶液超声分散20分钟使固体完全溶解。
第二步:将第一步制备的溶液均匀滴加在锂片上,然后在波长为365nm,功率为400W的紫外灯下照射10分钟使其固化,形成一面为有机凝胶的负极片;
第三步:将涂覆有钴酸锂的铝箔贴到负极片形成有机凝胶的一面,即构成锂离子电池。
由图1和图2可以看出该有机凝胶可作为凝胶电解质应用在锂离子电池中,并且电池可以正常使用,对所制备的锂离子电池进行测试,在0.5C的电流密度下,电池的比容量能达到140mAh/g,在循环30圈之后,依然有90mAh/g的容量。
实施例2
本实施例的多功能凝胶的原料包括:10ml的磷酸三丁酯,10ml的丙烯酸乙酯,0.134g的2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮,0.024g的聚乙二醇二丙烯酸酯和2.94g 4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂(LiDTI)。
本实施例包括以下步骤:
第一步:量取10ml的磷酸三丁酯和10ml的丙烯酸乙酯加入50ml烧杯中,再称取0.134g的2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮和0.024g的聚乙二醇二丙烯酸酯,最后称取2.94g 4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂(LiDTI)加入烧杯。将烧杯中的溶液超声分散30分钟使固体完全溶解。
第二步:将第一步制备的溶液均匀滴加在锂片上,然后在波长为320nm,功率为260W的紫外灯下照射30分钟使其固化,形成一面为有机凝胶的负极片;
第三步:将涂覆有钴酸锂的铝箔贴到负极片形成有机凝胶的一面,即构成锂离子电池。
实施例3
本实施例的多功能凝胶的原料包括:5ml的磷酸三乙酯,25ml的四氢呋喃丙烯酸酯,0.021g的2,4-二羟基二苯甲酮,0.034g的己二醇二丙烯酸酯和2.128g高氯酸锂。
本实施例包括以下步骤:
第一步:量取5ml的磷酸三乙酯和10ml的四氢呋喃丙烯酸酯加入50ml烧杯中,再称取0.021g的2,4-二羟基二苯甲酮和0.034g的己二醇二丙烯酸酯,最后称取2.128g高氯酸锂加入烧杯。将烧杯中的溶液超声分散30分钟使固体完全溶解。
第二步:将第一步制备的溶液均匀滴加在锂片上,然后在波长为400nm,功率为100W的紫外灯下照射60分钟使其固化,形成一面为有机凝胶的负极片;
第三步:将涂覆有磷酸铁锂的铝箔贴到负极片形成有机凝胶的一面,即构成锂离子电池。
实施例4
本实施例的多功能凝胶的原料包括:15ml的碳酸乙烯酯,3ml的甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯,0.218g的2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮,0.242g的聚乙二醇二丙烯酸酯和9.35g双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)。
本实施例包括以下步骤:
第一步:量取15ml的碳酸乙烯酯和3ml的甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯加入50ml烧杯中,再称取0.218g的2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮和0.242g的聚乙二醇二丙烯酸酯,最后称取9.35g双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)加入烧杯。将烧杯中的溶液超声分散30分钟使固体完全溶解。
第二步:将第一步制备的溶液均匀滴加在锂片上,然后在波长为365nm,功率为30W的紫外灯下照射120分钟使其固化,形成一面为有机凝胶的负极片;
第三步:将涂覆有钴酸锂的铝箔贴到负极片形成有机凝胶的一面,即构成锂离子电池。
实施例5
本实施例的多功能凝胶的原料包括:10ml的碳酸丁烯酯,10ml的丙烯酸丁酯,0.065g的偶氮二异丁腈,0.121g的聚乙二醇二丙烯酸酯和0.848g氯化锂。
本实施例包括以下步骤:
第一步:量取10ml的碳酸丁烯酯和10ml的丙烯酸丁酯加入50ml烧杯中,再称取0.065g的偶氮二异丁腈和0.121g的聚乙二醇二丙烯酸酯,最后称取0.848g氯化锂加入烧杯。将烧杯中的溶液超声分散10分钟使固体完全溶解。
第二步:将第一步制备的溶液均匀滴加在锂片上,然后在60℃烘箱中10小时使其固化,待降至室温,形成一面为有机凝胶的负极片;
第三步:将涂覆有钴酸锂的铝箔贴到负极片形成有机凝胶的一面,即构成锂离子电池。
实施例6
本实施例的多功能凝胶的原料包括:10ml的氟代碳酸乙烯酯,10ml的丙烯酸羟乙酯,0.325g的偶氮二异丁腈,0.121g的聚乙二醇二丙烯酸酯和1.578g四氟硼酸锂(LiBF4)。
本实施例包括以下步骤:
第一步:量取10ml的氟代碳酸乙烯酯和10ml的丙烯酸羟乙酯加入50ml烧杯中,再称取0.325g的偶氮二异丁腈和0.121g的聚乙二醇二丙烯酸酯,最后称取1.578g四氟硼酸锂(LiBF4)加入烧杯。将烧杯中的溶液超声分散10分钟使固体完全溶解。
第二步:将第一步制备的溶液均匀滴加在锂片上,然后在50℃烘箱中24小时使其固化,待降至室温,形成一面为有机凝胶的负极片;
第三步:将涂覆有磷酸铁锂的铝箔贴到负极片形成有机凝胶的一面,即构成锂离子电池。
实施例7
本实施例的多功能凝胶的原料包括:10ml的碳酸丙烯酯,10ml的丙烯酸异辛酯,0.124g的过氧化苯甲酰,0.121g的聚乙二醇二丙烯酸酯和1.934g高氯化钾(KClO4)。
本实施例包括以下步骤:
第一步:量取10ml的碳酸丙烯酯和10ml的丙烯酸异辛酯加入50ml烧杯中,再称取0.124g的过氧化苯甲酰和0.121g的聚乙二醇二丙烯酸酯,最后称取1.934g高氯化钾加入烧杯。将烧杯中的溶液超声分散30分钟使固体完全溶解。
第二步:将第一步制备的溶液均匀滴加在锂片上,然后在100℃烘箱中2小时使其固化,待降至室温,形成一面为有机凝胶的负极片;
第三步:将涂覆有钴酸锂的铝箔贴到负极片形成有机凝胶的一面,即构成锂离子电池。
实施例8
本实施例的多功能凝胶的原料包括:5ml的碳酸丙烯酯,5ml的磷酸三乙酯,5ml的丙烯酸异辛酯,5ml的四氢呋喃丙烯酸酯,0.168g的过氧化二碳酸二异丙酯,0.121g的聚乙二醇二丙烯酸酯和2.286g高氯酸钠(NaClO4)。
本实施例包括以下步骤:
第一步:量取5ml的碳酸丙烯酯,5ml的磷酸三乙酯,5ml的丙烯酸异辛酯和5ml的四氢呋喃丙烯酸酯加入50ml烧杯中,再称取0.168g的过氧化二碳酸二异丙酯和0.121g的聚乙二醇二丙烯酸酯,最后称取2.286g高氯酸钠(NaClO4)加入烧杯。将烧杯中的溶液超声分散30分钟使固体完全溶解。
第二步:将第一步制备的溶液均匀滴加在锂片上,然后在100℃烘箱中2小时使其固化,待降至室温,形成一面为有机凝胶的负极片;
第三步:将涂覆有磷酸铁锂的铝箔贴到负极片形成有机凝胶的一面,即构成锂离子电池。
本实施例中的钠盐还可以为双三氟甲磺酰亚胺钠NaTFSI、双氟磺酰亚胺钠NaFSI、氯化钠NaCl、硝酸钠NaNO3、氟硅酸钠Na2SiF6或邻苯二甲酸钠C8H5NaO4
实施例9
本实施例的多功能凝胶的原料包括:5ml的碳酸乙烯酯,5ml的磷酸三丁酯,5ml的甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯,5ml的丙烯酸异辛酯,0.168g的过氧化二碳酸二异丙酯,0.121g的聚乙二醇二丙烯酸酯和1.387g四氟硼酸四乙基铵盐TEA-BF4
本实施例包括以下步骤:
第一步:量取5ml的碳酸丙烯酯,5ml的碳酸乙烯酯,5ml的磷酸三丁酯,5ml的甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯和5ml的丙烯酸异辛酯加入50ml烧杯中,再称取0.168g的过氧化二碳酸二异丙酯和0.121g的聚乙二醇二丙烯酸酯,最后称取1.387g四氟硼酸四乙基铵盐TEA-BF4加入烧杯。将烧杯中的溶液超声分散30分钟使固体完全溶解。
第二步:将第一步制备的溶液均匀滴加在锂片上,然后在80℃烘箱中4小时使其固化,待降至室温,形成一面为有机凝胶的负极片;
第三步:将涂覆有钴酸锂的铝箔贴到负极片形成有机凝胶的一面,即构成锂离子电池。
本实施例中的铵盐还可以为氯化铵NH4Cl或硝酸铵NH4NO3

Claims (9)

1.一种多功能有机凝胶在锂离子电池中的应用,其特征在于,制备所述多功能有机凝胶的原料包括:溶剂、单体、交联剂、电解质盐以及引发剂,所述的溶剂和单体的体积比为1:5~5:1;所述的交联剂与单体的摩尔比为0.05%~10%;引发剂与单体的摩尔比为0.1%~10%,电解质盐在所有原料的混合溶液中的浓度为0.1mol/L~5mol/L;
所述的溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、磷酸三乙酯和磷酸三丁酯一种或多种的混合;
所述的单体为N-丙烯酰吗啉、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、四氢呋喃丙烯酸酯、丙烯酸羟乙酯和丙烯酸异辛酯中的一种或多种的混合;
所述的交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯或己二醇二丙烯酸酯;
所述电解质盐为锂盐、钠盐、钾盐或铵盐。
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述锂离子电池制备过程包括以下步骤:
步骤1:将溶剂和单体均匀混合后,再分别加入交联剂、引发剂及电解质盐,使其充分溶解;
步骤2:将步骤1配置好的溶液均匀滴加在锂片上,然后在紫外光下照射使其光固化或加热使其热固化,形成一面为有机凝胶的负极片;
步骤3:将正极片贴到负极片形成有机凝胶的一面,即构成锂离子电池。
3.根据权利要求2所述的应用,其特征在于,当采用紫外光照射进行光固化时,所采用紫外光波长为320-400nm,照射功率为30-400W,照射时间为1-120min;
当采用加热固化时,加热温度为50-100℃,加热时间为2-24h。
4.根据权利要求2所述的应用,其特征在于,所述正极片为涂覆有钴酸锂或磷酸铁锂的铝箔。
5.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述的锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲磺酰-全氟丁基磺酰亚胺锂、三氟甲磺酰-全氟丙基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、草酸二氟硼酸锂、二氟磷酸锂、4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂、高氯酸锂或氯化锂;所述钠盐为双三氟甲磺酰亚胺钠、高氯酸钠、双氟磺酰亚胺钠、氯化钠、硝酸钠、氟硅酸钠或邻苯二甲酸钠。
6.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述钾盐为双氟磺酰亚胺钾、氯化钾、硝酸钾或邻苯二甲酸氢钾;所述铵盐为四氟硼酸四乙基铵、氯化铵或硝酸铵。
7.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述引发剂为光引发剂或热引发剂。
8.根据权利要求7所述的应用,其特征在于,所述的光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮、2,4-二羟基二苯甲酮、二芳基碘鎓盐、三芳基碘鎓盐、烷基碘鎓盐或异丙苯茂铁六氟磷酸盐。
9.根据权利要求7所述的应用,其特征在于,所述的热引发剂为偶氮二异丁腈、过硫酸铵、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁基脒盐酸盐、过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯、过氧化甲乙酮或过氧化环己酮。
CN201910276295.8A 2019-04-08 2019-04-08 一种多功能有机凝胶在锂离子电池中的应用 Active CN110071324B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910276295.8A CN110071324B (zh) 2019-04-08 2019-04-08 一种多功能有机凝胶在锂离子电池中的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910276295.8A CN110071324B (zh) 2019-04-08 2019-04-08 一种多功能有机凝胶在锂离子电池中的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110071324A true CN110071324A (zh) 2019-07-30
CN110071324B CN110071324B (zh) 2020-11-10

Family

ID=67367309

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910276295.8A Active CN110071324B (zh) 2019-04-08 2019-04-08 一种多功能有机凝胶在锂离子电池中的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110071324B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112018438A (zh) * 2020-08-28 2020-12-01 蜂巢能源科技有限公司 一种凝胶电解质前驱体及其应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1330107A (zh) * 2001-07-12 2002-01-09 复旦大学 凝胶态锂离子聚合物电解质膜的光引发聚合制备方法
CN102412378A (zh) * 2011-09-28 2012-04-11 哈尔滨工业大学 一种聚合物电解质隔离膜、其制备方法及其应用
WO2012144332A1 (ja) * 2011-04-19 2012-10-26 一般財団法人川村理化学研究所 有機無機複合ゲル、二次電池用電解質ゲル、および二次電池、およびそれらの製造方法
JP2017098241A (ja) * 2015-11-12 2017-06-01 関西ペイント株式会社 リチウムイオン電池正極用導電ペースト及びリチウムイオン電池正極用合材ペースト
CN107768717A (zh) * 2017-09-14 2018-03-06 哈尔滨工业大学无锡新材料研究院 一种紫外固化的半互穿网络结构的聚碳酸酯基固态聚合物电解质及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1330107A (zh) * 2001-07-12 2002-01-09 复旦大学 凝胶态锂离子聚合物电解质膜的光引发聚合制备方法
WO2012144332A1 (ja) * 2011-04-19 2012-10-26 一般財団法人川村理化学研究所 有機無機複合ゲル、二次電池用電解質ゲル、および二次電池、およびそれらの製造方法
CN102412378A (zh) * 2011-09-28 2012-04-11 哈尔滨工业大学 一种聚合物电解质隔离膜、其制备方法及其应用
JP2017098241A (ja) * 2015-11-12 2017-06-01 関西ペイント株式会社 リチウムイオン電池正極用導電ペースト及びリチウムイオン電池正極用合材ペースト
CN107768717A (zh) * 2017-09-14 2018-03-06 哈尔滨工业大学无锡新材料研究院 一种紫外固化的半互穿网络结构的聚碳酸酯基固态聚合物电解质及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YUMIN ZHU: ""Polyelectrolytes exceeding ITO flexibility in electrochromic devices"", 《J.MASTER.CHEM.C》 *
孙宗杰;丁书江.: "PEO基聚合物电解质在锂离子电池中的研究进展", 《材料化学》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112018438A (zh) * 2020-08-28 2020-12-01 蜂巢能源科技有限公司 一种凝胶电解质前驱体及其应用
CN112018438B (zh) * 2020-08-28 2022-03-04 蜂巢能源科技有限公司 一种凝胶电解质前驱体及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN110071324B (zh) 2020-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110105502A (zh) 一种多功能有机凝胶及其制备方法
CN106374139B (zh) 一种凝胶电解质材料用单体、聚合物、制备方法及其应用
CN110108392A (zh) 一种多功能有机凝胶在传感器中的应用
CN110111922A (zh) 一种多功能有机凝胶作为导电介质的应用
CN105789695B (zh) 一种复合聚合物电解质及其在电池负极保护中的应用
CN111326789B (zh) 一种半互穿网络阻燃固态锂离子电解质、固态锂电池及制备方法
CN108767310A (zh) 一种锂离子电池电解液、锂离子电池
CN105680092B (zh) 一种固态聚合物电解质及其制备方法
CN111430807B (zh) 一种固态聚合物电解质及其制备方法
CN110190332A (zh) 高镍三元正极材料体系电池用电解液及锂离子电池
WO2020107858A1 (zh) 交联聚合物电解质制备方法、半固态聚合物电池及制备方法
CN110224174A (zh) 一种金属有机框架复合有机固态电解质及制备方法与应用
CN109830743A (zh) 凝胶聚合物电解质、锂离子二次电池及制备方法
CN104681865A (zh) 一种全固态聚合物电解质及其在电池中的应用
CN1953252B (zh) 电池负极和采用该负极的锂离子电池及它们的制备方法
CN108767318A (zh) 一种含有添加剂的锂盐电解液
JP5633817B2 (ja) 電気デバイス用非水電解液及びそれを用いた二次電池
CN114373986A (zh) 一种聚合物固态电解质膜及其制备方法和全固态电池
CN110071324A (zh) 一种多功能有机凝胶在锂离子电池中的应用
CN107464953A (zh) 一种锂电池电解液及锂电池
CN113964380B (zh) 一种可原位热聚合的自修复聚合物电解质及其制备方法
CN116190814A (zh) 一种基于原位聚合的锂金属二次电池的负极表面保护方法
CN113437362B (zh) 一种双功能化锂离子聚合物电解质及其制备方法和应用
CN115312852A (zh) 一种聚合物固态电解质及其制备方法和应用
CN104810564A (zh) 一种用作锂离子电池过充保护剂的氧化还原梭

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant